Principios y Fases del Proceso de Diseño en Ingeniería

El Diseño en Ingeniería

Diseñar es formular un plan para satisfacer una necesidad específica o resolver un problema. Si el plan se materializa físicamente, el producto debe ser funcional, seguro, confiable, competitivo, útil, manufacturable y comercializable.

Características de un Producto Bien Diseñado

• Funcional: Cumple con su necesidad propuesta y las expectativas del cliente.
• Seguro: No debe ser peligroso para el usuario, transeúntes o la propiedad.
• Confiable: Realiza la función propuesta de forma satisfactoria, o sin falla, durante un período de tiempo dado y con un nivel de probabilidad.
• Competitivo: Es un contendiente en su mercado.
• Útil: “Amigable para el usuario”, ergonómico.
• Manufacturable: Se reduce a un número mínimo de piezas, adecuado para la producción en masa, y sus dimensiones y otros parámetros pueden controlarse.
• Comercializable: Se puede comprar y existe un servicio posventa.

Características del Proceso de Diseño

• Innovación.
• Iterativo.
• Toma de decisiones.
• Necesita intercambio de información.
• Requiere conocimiento de las tecnologías y sus principios fundamentales.
• Necesidad de pruebas y ajustes.
• Capacidad de resolver problemas.

Fases del Proceso de Diseño

1. Identificación de la necesidad.
2. Definición del problema.
3. Síntesis.
4. Análisis y optimización.
5. Evaluación.
6. Comunicación.

Herramientas y Recursos de Diseño

• Herramientas computacionales:
  • Diseño asistido por ordenador (CAD).
  • Ingeniería asistida por ordenador (CAE).
  • Realidad aumentada.

¡El ordenador no sustituye al proceso mental humano! Es sólo el vehículo y el ingeniero el conductor.

• Adquisición de información técnica:
  • Bibliotecas.
  • Fuentes gubernamentales.
  • Colegios y asociaciones profesionales.
  • Comerciales y vendedores.
  • Internet.

Responsabilidades del Ingeniero de Diseño

El ingeniero debe satisfacer las necesidades de sus clientes de una manera competente, responsable, ética y profesional. Las habilidades de comunicación son muy importantes. Un buen trabajo puede fracasar si no se logra comunicar las ideas de forma clara y concisa. Es fundamental mantenerse actualizado y al día. Nunca se termina de aprender.

Resolución Sistemática de Problemas de Diseño

1. Comprender el problema.
2. Identificar la información conocida.
3. Identificar la información desconocida y formular la estrategia de solución.
4. Establecer todos los supuestos y todas las decisiones.
5. Analizar el problema.
6. Evaluar la solución.
7. Presentar la solución.

Normas y Códigos en el Diseño

Una norma es un conjunto de especificaciones para piezas, materiales o procesos establecidos a fin de lograr uniformidad, eficiencia y cantidad especificadas. Uno de los propósitos es reducir el inventario de herramientas, tamaños, formas y variedades. Un código es un conjunto de especificaciones para analizar, diseñar, manufacturar y construir algo. El propósito de un código consiste en lograr un grado específico de seguridad, eficiencia y desempeño o calidad.

Importancia de la Teoría de Costes en el Diseño

La teoría de costes aplicada a un diseño es tan importante como el mismo proceso de diseño. Se deben considerar:

• Costes variables.
• Tamaños normalizados.
• Tolerancias amplias.
• Puntos de equilibrio.
• Estimaciones de los costos.

Normativas Europeas para Máquinas

• DIRECTIVA 2006/42/CE DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL CONSEJO de 17 de mayo de 2006 relativa a las máquinas y por la que se modifica la Directiva 95/16/CE (refundición).
• REAL DECRETO 1644/2008, de 10 de octubre, por el que se establecen las normas para la comercialización y puesta en servicio de las máquinas.

Esfuerzo, Resistencia e Incertidumbre en el Diseño

El diseñador debe asegurar que el esfuerzo (tensión) máximo sea inferior a la resistencia por un margen suficiente de manera que, a pesar de los imponderables, la rotura sea improbable. Se busca la “resistencia en la geometría y el comportamiento en servicio”. Las resistencias pueden referirse a valores diferentes de la misma magnitud: límite elástico, la fluencia desplazada al 0,2%, o la resistencia a la fractura.

Incertidumbre

Entre los imponderables que se deben considerar se encuentran:

• La composición del material.
• La homogeneidad del material.
• El efecto del procesamiento en las propiedades.
• La intensidad y distribución de las cargas.
• La influencia del tiempo sobre la resistencia y la geometría.
• Los desgastes y la corrosión.

Métodos para Abordar la Incertidumbre

• Métodos deterministas: Estableciendo un factor de diseño basado en las incertidumbres absolutas de un parámetro de pérdida de función y un parámetro máximo permisible. La ecuación fundamental es: Nd = parámetro de pérdida de función / parámetro máximo permisible. Se deben analizar todos los modos de pérdida de función, y quedarnos con el que tenga el factor de diseño menor.
• Métodos estocásticos: Centrados en la probabilidad de supervivencia de la función de diseño.

Confiabilidad en el Diseño

La medida estadística de la probabilidad para que un elemento mecánico no falle en servicio se llama confiabilidad de ese elemento. La confiabilidad puede expresarse como la probabilidad de la pieza realice una función adecuada sin falla. Según el método de confiabilidad de diseño, la tarea del diseñador consiste en hacer una selección sensata de materiales, procesos y dimensiones para lograr un objetivo específico de confiabilidad.